Assembling Ti3C2 MXene on a S‐Scheme Heterojunction with Oxidative Covalent Organic Frameworks for Photocatalytic Hydrogen Evolution

光催化 异质结 共价键 共价有机骨架 材料科学 制氢 半导体 电场 纳米技术 化学工程 光化学 催化作用 化学 光电子学 有机化学 物理 工程类 量子力学
作者
Huan He,Shu‐Ling Chen,Weilin Bi,Xinghua Wen,Shaolong Sun,Peng Zhang,Rongchen Shen,Xin Li
出处
期刊:Solar RRL [Wiley]
卷期号:7 (22) 被引量:10
标识
DOI:10.1002/solr.202300532
摘要

Photocatalytic evolution of hydrogen is a very promising and sustainable technology. However, studying multiple composite systems that include oxidized covalent organic frameworks (COFs) for the purpose of photocatalytic hydrogen production poses a significant challenge. This challenge arises from the rapid charge recombination introduced by individual photocatalysts, as well as the limited availability of oxidative COFs. Herein, ZnIn 2 S 4 (ZIS)–COF (TPN‐COF) S‐scheme heterojunction loaded with Ti 3 C 2 MXene (MX) is rationally designed for efficient photocatalytic H 2 evolution. The best‐performing sample, MX/TPN‐COF@ZIS (with a ZIS:TPN‐COF mass ratio of 3:2, with 2% MX), reaches an H 2 production rate of 4.01 mmol g −1 h −1 under visible light irradiation. Experimental and theoretical investigation reveals that the formation of S‐scheme heterojunctions between ZIS and COF can achieve the transfer of the electrons from COF to ZIS driven via the in‐built electric field while allowing the migration of electrons from ZIS to MX. Furthermore, multiple in‐built electric fields not only stimulate effective separation and migration of charges, but also inhibit recombination of carriers in a single semiconductor. This triple‐coupled photocatalytic system serves as a practical guideline for promoting the development of hydrogen.
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